Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord et de l'Université du Texas ont révélé plus sur les propriétés mécaniques du graphène et démontré une technique pour améliorer l'extensibilité du graphène - des développements qui devraient aider les ingénieurs et les concepteurs à proposer de nouvelles technologies qui utilisent le matériau.

Le graphène est un matériau prometteur utilisé dans des technologies telles que le transparent, électrodes flexibles et nanocomposites. Et tandis que les ingénieurs pensent que le graphène est prometteur pour des applications supplémentaires, ils doivent d'abord mieux connaître ses propriétés mécaniques, y compris comment il fonctionne avec d'autres matériaux.

"Cette recherche nous dit à quel point l'interface est forte entre le graphène et un substrat étirable, " dit le Dr Yong Zhu, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à NC State et co-auteur d'un article sur le travail. "L'industrie peut utiliser cela pour concevoir de nouveaux composants électroniques et nanocomposites flexibles ou extensibles. Par exemple, il nous indique à quel point nous pouvons déformer le matériau avant que l'interface entre le graphène et les autres matériaux ne se rompe. Nos recherches ont également démontré une approche utile pour la fabrication à base de graphène, dispositifs étirables en "bouclant" le graphène."

Les chercheurs ont examiné comment une monocouche de graphène – une couche de graphène d'une épaisseur d'un atome seulement – ​​s'interface avec un substrat élastique. Spécifiquement, ils voulaient connaître la force de la liaison entre les deux matériaux, car cela indique aux ingénieurs la quantité de contrainte pouvant être transférée du substrat au graphène, qui détermine jusqu'où le graphène peut être étiré.

Les chercheurs ont appliqué une monocouche de graphène à un substrat polymère, puis étiré le substrat. Ils ont utilisé une technique de spectroscopie pour surveiller la déformation en divers points du graphène. La déformation est une mesure de l'étirement d'un matériau.

Initialement, le graphène étiré avec le substrat. Cependant, tandis que le substrat continuait à s'étirer, le graphène a finalement commencé à s'étirer plus lentement et à glisser sur la surface à la place. Typiquement, les bords de la monocouche ont commencé à glisser en premier, avec le centre de la monocouche s'étendant plus loin que les bords.

"Cela nous en dit long sur les propriétés d'interface du graphène et du substrat, " dit Zhu. "Pour le substrat utilisé dans cette étude, polyéthylène téréphtalate, les bords de la monocouche de graphène ont commencé à glisser après avoir été étirés de 0,3 pour cent de sa longueur initiale. Mais le centre a continué à s'étirer jusqu'à ce que la monocouche ait été étirée de 1,2 à 1,6 %.

Les chercheurs ont également découvert que la monocouche de graphène se déformait lorsque le substrat élastique retrouvait sa longueur d'origine. Cela a créé des crêtes dans le graphène qui le rendaient plus extensible car le matériau pouvait s'étirer et revenir, comme le soufflet d'un accordéon. La technique de création du matériau déformé est similaire à celle développée par le laboratoire de Zhu pour créer des conducteurs élastiques à partir de nanotubes de carbone.